коллоидная химия - Тихоокеанский государственный университет

1
Министерство образования Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего и профессионального образования
«Хабаровский государственный технический университет»
КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ.
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
Программа, методические указания и контрольные задания
для студентов ускоренной формы заочного обучения
специальности 320700 «Охрана окружающей среды»
технического университета
Хабаровск
Издательство ХГТУ
2003
2
УДК 541. 183(075)
Коллоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы: Программа, методические указания и контрольные задания для студентов ускоренной
формы заочного обучения специальности 320700 «Охрана окружающей среды»
технического университета / Л. В. Сеничева. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос.
техн. ун-та, 2003. – с.
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов
ускоренной формы заочного обучения специальности 320700 «Охрана окружающей среды» могут быть рекомендованы студентам – заочникам других специальностей, изучающим курс коллоидной химии в целом или отдельные его разделы.
Печатается в соответствии с решением кафедры химии и методического совета факультета математического моделирования и процессов управления.
 Издательство Хабаровского
государственного технического
университета, 2003
3
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Коллоидная химия – это наука о поверхностных явлениях и дисперсных системах, многообразие которых определяет их широкое распространение в природе. Значение поведения и свойств дисперсных систем, а также условий протекания поверхностных явлений поможет объяснить, предотвратить или прогнозировать многие изменения в окружающей среде, выбрать или разработать методы ее
защиты.
В соответствии с учебным планом специальности 320700 «Охрана окружающей среды» студент должен посещать лекции, выполнить одну контрольную
работу, выполнить лабораторный практикум, получить индивидуальную или
групповую консультацию и сдать экзамен по курсу.
Основной составляющей учебного процесса является самостоятельная работа студента – заочника с учебной, методической или справочной литературой,
которую он может получить в библиотеке университета.
Лекции читают преподаватели кафедры по важнейшим разделам курса: одна лекция - установочная, другие - читаются во время экзаменационной сессии.
Лабораторные работы студент выполняет по основным разделам курса на
листах формата А-1. Перед выполнением лабораторной работы студент проходит
инструктаж по технике безопасности и собеседование по выполненной и рецензированной контрольной работе. Студенты, пропустившие занятие, отрабатывают
его по согласованию с преподавателем или во время повторной сессии, назначенной деканатом.
Контрольная работа включает восемь задач в соответствии с вариантом,
выполняется в отдельной тетради с полями 40 мм.
Условие задачи переписывается полностью. Решение задач и ответы на вопросы
должны быть обоснованы с использованием основных теоретических положений.
При решение числовых задач приводится весь ход решения и математического
преобразования, указываются единицы измерения всех величин.
В конце работы приводится список использованной литературы (автор, название,
издательство, год издания) и ставится подпись с указанием даты. Выполненная
работа представляется в методический кабинет факультета для рецензирования.
Если контрольная работа не зачтена, то неверно решенные задачи исправляются студентом в этой же тетради на чистых листах. Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, не рецензируется.
Экзамен. К сдаче экзамена допускаются студенты, которые выполнили и
защитили на собеседовании контрольную работу, получили зачет по лабораторному практикуму, имеют экзаменационный лист и зачетную книжку.
4
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Овладение основами коллоидной химии предполагает приобретение студентами теоретических знаний, практических навыков, экспериментальной работы, умений производить расчеты, графически представлять результаты работы и
делать выводы.
Следует знать, что в последние годы коллоидную химию чаще называют
физико – химией дисперсных систем и поверхностных явлений, которые являются предметом изучения этой науки.
1. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
При изучении этого раздела следует особое внимание обратить на понятие
дисперсные системы [4, рис.1], на причины их многообразия [4, рис.2] и широкого распространения подобных систем в природе, производстве и жизни человека
[4, табл.4, рис.22].
Основными признаками дисперсных систем являются:
- гетерогенность, обусловленная нерастворимостью дисперсной фазы в дисперсной среде;
- дисперсность, зависящая от размера частиц дисперсной фазы;
- термодинамическая неустойчивость как результат стремления системы
к уменьшению свободной поверхности энергии на границе раздела фаз.
Наряду с дисперсными системами в коллоидной химии изучаются высокомолекулярные вещества (ВМВ), их растворы и растворы поверхностно – активных веществ (ПАВ). Гомогенные растворы ВМВ часто называют молекулярными
коллоидами: молекулярными потому, что получены путем самопроизвольного
диспергирования , т.е. растворения ВМВ в определенном растворителе, а коллоидами – из-за соизмеримости размеров молекул ВМВ и частиц дисперсной фазы,
что обуславливает их общие свойства.
В растворах ПАВ при критической концентрации мицеллообразования
(ККМ) или выше образуются мицеллы, т.е. образуется мицеллярная гетерогенная
система, подобная золю.
1.1.Методы получения дисперсных систем.
Основными условиями получения дисперсных систем являются: наличие
взаимно – нерастворимых веществ, определенная степень дисперсности или размер частиц дисперсной фазы и равномерное распределение этих частиц в объеме
дисперсионной среды.
Методы получения лиофобных дисперсных систем, приводящие к получению частиц, определенного размера принято делить на три группы.
1.Методы конденсации заключаются в объединении молекул нерастворимого вещества в частицу, осуществляются разными путями, протекают самопроизвольно.
5
2.Методы диспергирования, т.е. раздробления нерастворимого вещества, протекают не самопроизвольно, только при механическом, электрическом, ультразвуковом или другом воздействии.
3.Методы пептизации заключаются в переводе свежеосажденного вещества, содержащего частицы определенного размера, в объем дисперстонной среды под
действием пептизаторов, например, электролитов, воды.
Равномерное распределение частиц дисперсной фазы в объеме дисперсной
среды достигается путем введения в дисперсную систему в процессе ее получения
стабилизатора: электролита, ПАВ, ВМВ и других веществ.
Стабилизаторы называют диспергаторами, если получают дисперсную систему с твердой дисперсной фазой, эмульгаторами при получении эмульсий, пенообразователями при получении пен.
По механизму действия на устойчивость дисперсной системы стабилизатор
может быть:
- электролит, один из ионов которого придает частицам одноименный положительный или отрицательный заряд (электростатический фактор устойчивости);
- ПАВ, молекулы которого образуют ориентированный адсорбционный слой на
поверхности каждой частицы (структурно–адсорбционный фактор устойчивости);
- ВМВ, молекулы которого образуют вокруг частицы плотный адсорбционный
слой, придавая частицам некоторые свойства самого ВМВ – это коллоидная защита (структурно – механический фактор).
1.2.Устойчивость и разрушение дисперсных систем.
Под устойчивостью дисперсной системы понимают способность системы:
- сохранять постоянный размер частиц дисперсной фазы, т.е. агрегативную устойчивость;
- сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы в объеме дисперсионной среды, т.е. кинетическую устойчивость.
Эти два вида устойчивости взаимосвязаны, т.к. нарушение одной устойчивости приводит к нарушению другой.
Разрушение дисперсных систем происходит при потере их устойчивости в
результате дестабилизации и чаще всего проявляется в процессах коагуляции, т.е.
в процессах связанных с укрупнением частиц дисперсной фазы за счет их слипания.
Различают электролитную коагуляцию, электрокоагуляцию, спонтанную
коагуляцию, гетерокоагуляцию и другие виды коагуляции.
Электролитная коагуляция в золях наиболее изучена и протекает по действием растворов электролитов – коагуляторов, содержащих ион – коагулятор, заряд которого противоположен заряду частицы дисперсной фазы: анионы - коагуляторы вызывают коагуляцию положительных частиц, а катионы – отрицательных частиц. Механизм действия ионов – коагуляторов состоит в снижении заряда
одноименно – заряженных частиц, что облегчает слипание этих частиц при столкновении.
6
Для оценки влияния иона – коагулятора на устойчивость золя введены понятия:
- порог коагуляции Ск – минимальная концентрация иона – коагулятора,
необходимая для коагуляции золя;
1
- коагулирующая способность иона – коагулятора  
.
Ск
Теория устойчивости и коагуляции гидрофобных дисперсных систем ДЛФО
(Дерягина – Ландау – Фервея –Овербеки) объясняет механизм электролитной коагуляции на основе строения двойного электрического слоя (ДЭС) [4, рис.12.].
В соответствии с теорией ДЛФО различают нейтрализационную коагуляцию под действием неиндифферентных электролитов и концентрационную под
действием индифферентных электролитов.
Из теории следует закон шестой степени, который можно выразить уравнеconst
нием вида С к  6 ; где Z – заряд иона коагулятора по модулю, const - вклюZ
чает температуру и некоторые постоянные, характеризующие межмолекулярные
взаимодействия.
Эмпирические закономерности электролитной коагуляции лиофобных золей отражают особенности действия многозарядных ионов – коагуляторов, смеси
ионов – коагуляторов, ионов – коагуляторов одного лиотропного ряда и т.д.
Разрушение низкодисперсных систем (суспензий, эмульсий, ион) связано с
изменением химической природы стабилизатора или заменой его на другое – дестабизирующее вещество.
1.3.Свойства дисперсных систем.
В зависимости от типа воздействия на системы различают оптические, молекулярно – кинетические, электрокинетические, структурно – механические
свойства. Все свойства зависят от размера частиц, изменчивы, невоспроизводимы
как сами системы.
1.3.1.Оптические свойства дисперсных систем.
Проходя через дисперсную систему, свет определенных длин волн () может рассеиваться, отражаться или поглощаться в зависимости от типа системы, ее
дисперсности и формы частиц.
Высокодисперсные (коллоидные) системы с размером частиц  ≤ 0,1 рассеивают свет за счет дифракции в соответствии с законом Релея. Такое светорассеяние называют опалесценцией [4, рис.6].
В низкодисперсных системах (  ) происходит отражение света частицами или преломление, если частицы прозрачны.
Окрашенные частицы в дисперсных системах могут наряду со светорассеянием поглощать видимый свет определенных длин волн. Вещества в коллоидном
состоянии имеют высокую интенсивность окраски.
7
1.3.2. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем.
В свободнодисперсных системах проявляются следующие молекулярнокинетические свойства:
- броуновское движение частиц дисперсной фазы (∆ средний сдвиг частиц) под
действием молекул дисперсной среды;
- диффузия частиц дисперсной фазы при наличии градиента концентраций, (Д –
коэффициент диффузии частиц);
- седиментация частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести
( Uceд – скорость оседания или всплывания частиц);
- осмос, т.е. односторонняя диффузия молекул дисперсионной среды через полупроницаемую мембрану, приводящая к созданию осмотического давления .
Теоретической основой этих свойств являются уравнения Энштейна, Смолуховского, Стокса, Вант – Гоффа [4, рис.5].
Броуновское движение, диффузия и седиментация при одновременном проявлении приводят к распределению частиц дисперсной фазы по высоте дисперсной системы согласно гипсометрического закона Лапласа и установлению в системе седиментационно-диффузного равновесия.
Молекулярно-кинетические свойства имеют большое значение при определении размера частиц, для оценки кинетической устойчивости дисперсных систем.
1.3.3. Электрокинетические свойства дисперсных систем.
Электрокинетические свойства в дисперсных системах проявляются при
протекании электрокинетических явлений в двух вариантах:
1.
электрический ток приводит к относительному перемещению заряженных
фаз дисперсной системы:
- процесс движения частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды под действием электрического тока называется электрофарезом;
- процесс движения дисперсионной среды через неподвижную дисперсную фазу
называется электроосмосом;
2.
относительное перемещение фаз дисперсной системы приводит к возникновению электрического ток:
- движение частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды например, седиментация частиц) приводит к возникновению потенциала седиментации.
- движение дисперсионной среды через пористое твердое тело приводит к возникновению потенциала течения.
Причиной электрокинетических явлений ялвляется существование двойного электрического слоя (ДЭС) на границе раздела фаз в дисперсионной системе, а
величина электрокинетического потенциала в ДЭС пропорциональна заряду частицы и скорости электрофореза, объему переносимой жидкости при электроосмосе, потенциала течения и седиментации.
8
1.3.4. Структурно-механические свойства дисперсных систем.
Структурообразование в дисперсных системах протекает в результате
взаимодействия частиц дисперсной фазы [4, рис.15, 18].
Структурно-механические свойства дисперсных систем проявляются при
механическом воздействии (например, напряжение сдвига). К структурномеханическим свойствам дисперсных систем относятся вязкость, текучесть, прочность, твердость [4, рис.16].
Для некоторых дисперсных характерны такие свойства, как тиксотропия и синерезис. Тиксотропия – это процесс перехода золя в гель в состоянии покоя, а геля в золь при механическом воздействии. Синерезис – это процесс уплотнения
студня или геля с выделением дисперсионной среды.
2.
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Особое состояние вещества в поверхностных слоях на границах раздела фаз
является причиной протекания поверхностных явлений. Молекулы поверхностного слоя в отличие от молекул в объеме фазы находятся в нескомпенсированном
силовом поле, т.е. обладают избыточной поверхностной энергией.
2.1. Общая характеристика поверхностных явлений.
Поверхностные явления многообразны и сложны; местом их протекания является поверхностный слой в гетерогенных системах. Энергетическое состояние
поверхностного слоя определяется величиной поверхностного или межфазного
натяжения.
2.1.1. Поверхностное натяжение.
На поверхностное натяжение влияют химическая природа пограничных фаз,
температура, природа и концентрация растворенных веществ, давление, если одна
из фаз газообразна [3].
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), адсорбирующиеся в поверхностном слое, уменьшают поверхностное натяжение. Следует обратить внимание
на особенности строения молекул ПАВ, состояние ПАВ в растворе, их классификацию по способности диссоцировать в растворе и технологическому использованию. Основными свойствами ПАВ являются поверхностная активность, связанная
со способностью ПАВ адсорбироваться на границах раздела фаз, и мицеллообразование, приводящее к коллоидному растворению нерастворимых веществ.
2.1.2. Когезия. Адгезия. Смачивание.
9
Когезия – характеризует внутрифазные взаимодействия. Агдезия – это процесс молекулярного притяжения между поверхностями двух соприкасающихся
разнородных твердых или жидких веществ. Результатом адгезионно-когезионных
взаимодействий являются такие поверхностные явления, как смачивание, растекание, склеивание, прилипание. Следует обратить внимание на процессы гидрофилизации и гидрофобизации поверхности и их практическое значение.
2.2.
Адсорбция
Адсорбция, абсорбция, хемосорбция, каппилярная конденсация – все это
сорбционные процессы.
Адсорбция – это процесс концентрирования адсорбата в поверхностном
слое адсорбента. Адсорбционные процессы классифицируются по различным
признакам; из них наибольшее практическое значение имеют адбсорция газов,
ионообменная и молекулярная адсорбция.
Прогнозировать возможность адсорбции можно на основе эмпирических
правил и закономерностей. Для расчета адсорбции используют уравнения Гиббса,
Ленгмура, Фрейндлиха, Бет.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Пример 1. Коллоидный раствор (гидрозоль) получили при смешивании 10
мл 0,01 М раствора Na3AsO4 и 20 мл 0,013 М раствора AgNO3.
1. Напишите уравнение реакции и определите, какой из продуктов реакции образует гидрозоль.
2. Рассчитайте, какое из исходных веществ – Na3AsO4 или AgNO3 – взято в избытке.
3. Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя, укажите заряд коллоидной
частицы (гранулы).
Р е ш е н и е. 1. Na3AsO4 + 3AgNO3 = Ag3AsO4 + 3NaNO3
гидрозоль образует Ag3AsO4, т. к. плохо растворяется в воде.
2. Рассчитываем, какое из исходных веществ взято в избытке, для этого находим
число моль эквивалентов каждого из исходных веществ:
nэк(В) = VCмZ, где V – объем раствора, л; См – молярная концентрация, моль/л;
Z – число эквивалентности вещества.
nэк (Na3AsO4) = 1010–30,013 = 310–4 моль
Z(Na3AsO4) = 3
nэк (AgNO3) = 2010–30,0131 = 2,610–4 моль
Z(AgNO3) = 1
В избытке взят Na3AsO4.
10
3. Формула мицеллы золя арсената серебра (см. рис. 4)
m Ag AsO  nAsO
3
4

3
 3x 

3(n

x)Na
 3xNa 
4
Потенциалопределяющими ионами (ПОИ) являются AsO34 , т. к. они взяты
в избытке.
Заряд коллоидной частицы – отрицательный.
Пример 2. При изучении зависимости адсорбции А и десорбции Д паров
диэтилового эфира на активированном угле при Т = 303 К от давления паров эфира Р получены следующие данные:
Р10-2, Па
А, моль/кг
Д, моль/кг
10
2,3
2,3
15,2
3,6
3,6
25,4
4,95
5,0
30,0
5,4
6,0
45,8
7,8
9,5
60,5
10,2
12,5
80
14,4
14,8
89,4
16,6
16,6
Охарактеризуйте процесс сорбции.
1. Постройте изотермы адсорбции и десорбции и определите тип сорбции по
всем классификационным признакам.
2. Постройте изотермы адсорбции в координатах линейной формы уравнения
Ленгмюра (Р/А – Р) и в координатах линейной формы уравнения Фрейндлиха (lg A – lg P) и выберите. Какое из уравнений (Ленгмюра или Фрейндлиха) точнее характеризует процесс адсорбции.
3. Рассчитайте пористость адсорбента, радиусы пор и постройте кривые распределения пор адсорбента по радиусам пор.
Изотерма адсорбции – это график зависимости адсорбции А паров эфира от
давления этих паров. Изотерма десорбции – это график зависимости десорбции Д
паров эфира от давления этих паров.
1. Изотерма адсорбции – нижняя кривая, изотерма десорбции – верхняя
кривая. Несовпадения изотерм адсорбции и десорбции свидетельствуют о наличии явления, называемого гистерезисом адсорбции.
Явление гистерезиса свидетельствует о том, что активированный уголь –
пористый адсорбент. Вид сорбции – капиллярная конденсация. Адсорбция диэтилового эфира на активированном угле по классификационным признакам является
молекулярной, физико-химической, протекающей на границе газ-твердое тело, по
механизму – полимолекулярная адсорбция.
3.
Для построения изотермы адсорбции в координатах линейной формы уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха пересчитаем величины адсорбции и давления в соответствии с требуемыми координатами.
Р10-2, Па
10,0
15,2
20,2
25,4
30,0
45,8
60,5
80,0
89,4
11
lg P
3,00
3,18
3,31
3,40
3,48
3,66
3,78
3,90
3,95
Р
А
435
422
421
513
555
587
593
555
542
lg А
0,36
0,55
0,68
0,69
0,73
0,89
1,01
1,15
1,21
Р
 f Р  и lgА = f (lg P).
А
3. Расчеты пористости адсорбента и радиусов пор проводятся по следующим формулам:
Построим графики
Wп = АVm; Vm =
2б Vm
М
Р
; In
=
- уравнение Томсона-Кельвина,
r RT
Рs
ρ
где Wп – пористость адсорбента, м3/кг;
А – адсорбция, моль, кг;
Vm – молярный объем адсорбата, м3/моль;
М – молярная масса адсорбата, кг/моль;
 – плотность адсорбата, кг/м3;
Р – давление паров адсорбата при данной температуре, Па;
Рs – давление насыщенных паров адсорбата при данной температуре, Па;
б – поверхностное натяжение адсорбата, Дж/м2;
r – радиус пор адсорбента, м;
R – универсальная газовая постоянная, Дж/(мольК);
Т – температура, К.
Рассчитываем пористость Wп и радиус пор r при различных значениях адсорбции диэтилового эфира на активированном угле. Для диэтилового эфира
находим из справочника [11]:  = 707 кг/м3; М = 74,1210-3 кг/моль;
б
-3
2
4
= 17,0110 Дж/м ; Рs = 5,310 Па. (Для некоторых веществ эти величины представлены в табл.3 настоящих методических указаний).
Рассчитываем по приведенным выше формулам Vm, Wп и r для Р10-2, Па; А
= 2,3 моль/кг:
74,12  103
М
3
 0,104  103 м /моль;
Vm =
=
707
ρ
Wп = АVm = 2,30,10410-3 = 0,2410-3 м3/кг;
r=
2б Vm
2  17,01  103  0,104  103

 3,46  10 9 м.
2
10,0  10
RT In(p/Ps )
8,31  303 In
5,3  104
Аналогично рассчитываем Wп и r для других значений давления и адсорбции диэтилового эфира на активированном угле. Рассчитанные величины представляем в следующем виде.
12
Р10-2, Па
Wп103, м3/кг
r109, м
10,0
0,24
3,46
15,2
0,37
3,66
20,0
2,1
3,98
25,4
2,64
4,29
30,0
3,12
4,53
45,8
4,76
5,32
60,5
6,29
6,19
80,0
8,32
6,88
89,4
9,29
7,34
ΔWп
 10 6
Δr
0,06
0,65
5,41
1,74
2,0
2,07
1,76
2,94
2,10
Общая пористость адсорбента Wп складывается из объема пор разных радиусов r. Чтобы узнать, поры каких радиусов преобладают в адсорбенте, необходимо построить интегральную (Wп – r) и дифференциальную (Wп/r) – r кривые
распределения пор по радиусам.
Пример 3. Рассчитайте динамическую обменную емкость катионита и анионита, если для полного обессоливания воды методом ионного обмена через колонку с 2 кг катионита и через колонку с 3 кг анионита можно пропустить только
10 м3 воды, содержащей 0,024 г/л MgSO4 и 0,011 г/л FeCl3.
Р е ш е н и е. Уравнения ионообменных реакций имеют вид:
2R-H + MgSO4 = MgR2 + H2SO4
3R-H + FeCl3 = MgR3 + 3HCl
2R-OH + H2SO4 = R2SO4 + H2O
R-OH + HCl = RCl + H2O
на катионите
на катионите
на анионите
на анионите.
В соответствии с закономерностями адсорбции на катионите адсорбируется
в первую очередь ион железа, а затем ион магния, на анионите – сульфат-ион, а
затем – хлорид-ион. Обмен ионов протекает с эквивалентных количествах, поэтому вначале пересчитываем концентрацию С, выраженную в г/л, в молярную концентрацию эквивалентов Сэк по формуле
Сэк =
СZ эк
С

,
М эк
М
где Мэк – молярная масса эквивалентов, г/моль;
Zэк – число эквивалентности, равное заряду иона по модулю.
2С
2  0,024

 4  10 4 моль/л;
М(MgSO4 )
120
3С
3  0,011

 2  10 4 моль/л.
Сэк(FeCl3) =
М(FeCl3 )
162
Сэк(MgSO4) =
По закону эквивалентов
Сэк(MgSO4) = Сэк(Mg2+) = Сэк(SO 24 );
13
Сэк(FeCl3) = Сэк(Fe3+) = Сэк(Cl–).
Динамическую обменную емкость ионита Q рассчитываем по формуле
Q=
где
Vводы ΣС эк
m ионита
,
Сэк
– суммарная молярная концентрация эквивалентов всех катионитов
или всех анионитов, моль/л;
Vводы – объем воды, пропускаемой через ионит, л;
Mионита – масса катионита или анионита, кг.
Qкатионита =
Qанионита =
Vводы[С эк (Fe3 )  C эк (Mg2 )]
m катионита
Vводы[С эк (СС )  C эк (SO 24 )]
m анионита


10  10 3 [2  10 4  4  10 4 ]
 3,0 моль/кг;
2
10  10 3 [2  10 4  4  10 4 ]
 2,0 моль/кг.
3
С целью многократного использования ионитов их можно регенерировать
путем проведения ионообменной адсорбции в обратном направлении, т. е. через
катионит пропустить раствор кислоты, а через анионит – раствор щелочи.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1.
2.
3.
4.
5.
Какие системы называют дисперcными ? Назовите признаки, характерные для
таких систем. Приведите примеры.
Назовите условия и методы получения дисперсных систем.
Классификация дисперсных систем по степени дисперсности.Определите тип
системы по этой классификации: гидрозоль, аэро золь, суспензия, эмульсия.
По какому признаку дисперсные системы делят на лиофильные и лиофобные? Определите тип систем по этому признаку: гидрозоль серы, гидрозоль
Fe(OH)3, раствор высокомолекулярного вещества (ВМВ).
Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной
фазы и дисперсионной среды. Определите тип систем по этой классификации: аэрозоль, гидрозоль, пемза, пена.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
14
По какому признаку дисперсные системы делят на свободнодисперсные и
связнодисперсные? Определите тип систем по этому признаку: золь, гель,
студень, раствор высокомолекулярного вещества (ВМВ).
Что такое мицелла? Напишите формулу мицеллы в гидрозоле AgCl, стабилизированном избытком KСl.
Перечислите оптические свойства дисперсных систем. Что такое опалесценция?
Какие молекулярно-кинетические свойства характерны для свободнодисперсных
систем?
Охарактеризуйте
состояние
диффузионноседиментационного равновесия в дисперсной системе.
Какие электрокинетические свойства проявляют дисперсные системы?
Назовите общие и отличительные признаки электрофореза и потенциала седиментации.
Какие процессы называют электрофорезом, а какие – электроосмосом?
Перечислите их общие и отличительные признаки. Каково практическое
значение этих процессов?
Что происходит в дисперсных системах при структурообразовании? Чем гели отличаются от студней?
Какие свойства дисперсных систем называются структурномеханическими? Как влияет образование структур на вязкость дисперсных
систем?
Что понимают под агрегативной и кинетической устойчивостями дисперсных систем? Перечислите факторы устойчивости дисперсных систем.
Чем отличаются растворы высокомолекулярных веществ (ВМВ) от дисперсных систем? Какие процессы называют набуханием ВМВ, а какие – застудневанием?
Какие вещества являются полиэлектролитами? Как влияют pH на состояние
белков в растворе? Что такое pH(ИЭТ)?
Какие процессы протекают при разрушении дисперсных систем? Что происходит при коагуляции, коалесценции, коацервации, деэмульгировании?
Электролитная коагуляция. Каковы принципы выбора коагулятора? Что
называется порогом коагуляции и коагулирующей способностью коагулятора?
C позиции теории ДЛФО, ответьте, какую электролитную коагуляцию
называют нейтрализационной , а какую – концентрационной? Какие электролиты являются индифферентными а какие –неиндифферентными?
Дайте классификацию эмульсии. Что такое «обращение фаз эмульсии»?
Какие системы называют пенами? Какие пути получения стабилизации и
разрушения пен имеют практическое значение?
К какому типу дисперсных систем относится СМОГ? Приведите примеры
аэрозолей, используемых человеком.
Объясните голубой цвет неба днем и желто-красные восходы и закаты на
основании основного закона светорассеяния Релея. Как изменяется интенсивность рассеянного света с длиной волны видимого света?
15
24. Почему в устье впадение рек в моря и океаны интенсивно протекают процессы электролитной коагуляции? Какие примеси вод образуют отмели?
25. Какое электрокинетическое свойство дисперсных систем проявляется в виде
грома и молнии во время грозы? Объясните свой выбор.
26. Какова сущность понятии дисперсность и гетерогенность? В каком соотношении находятся дисперсность и размер частиц? Рассчитайте дисперсность,
если радиус шарообразных частиц равен 2 10-5м.
27. Назовите объекты изучения коллоидной химии. Почему эту науку называют
физико-химией дисперсных систем и поверхностных явлений?
28. Перечислите основные методы получения лиофобных и лиофильных дисперсных систем. Каковы условия их получения.
29. Предложите методы определения размера частиц дисперсной фазы на основе оптических и молекулярно-кинетических свойств дисперсных систем.
30. Обоснуйте, можно ли отнести к дисперсным системам атмосферу, почву и
поверхностные воды? Какие признаки позволяют считать их дисперсными
системами?
Варианты 31-50. Коллоидный раствор (золь) АД получен при смешивании V1мл
водного раствора АС с молярной концентрацией эквивалентов С1 и V2 мл водного
раствора ВД с молярной концентрацией эквивалентов С2.
1. Напишите уравнение реакции получения вещества, образующего золь АД.
2. Рассчитайте, какое из исходных веществ АС или ВД в избытке. Определите
ионный состав раствора и выберите, какой из ионов будет потенциалопределяющим (ПОИ).
3. Напишите формулу мицеллы в гидрозоле АД и назовите все ее составные
части.
4.
Укажите заряд коллоидной частицы (гранулы) и определите, какой ион (катион или анион) будет ионом-коагулятором.
5.
Расположите электролиты К2SO4, Nа3PO4, MgСl2, Сd(NO3)2, Аl2(SO4) в порядке увеличения коагулирующей способности иона-коагулятора (или
уменьшение порога коагуляции золя).
Таблица 1.
Задания к вариантам 31-50
Вариант
31
32
33
34
35
36
37
38
39
АД
АС
V1мл
Fe(OH)3
Н2SiO3
ВаSO4
PbI2
ZnS
Hg2SO4
Ве(ОН)2
Аg2CгO4
Cг(ОН)3
FeCI3
HCI
ВаCI2
Pb(NO3)2
(NH4)2S
H2SO4
ВеСI2
К2СгO4
СгСI3
10
8
12
10
3
9
15
7
10
С1,
моль\л
0,01
0,06
0,03
0,01
0,05
0,02
0,01
0,03
0,01
ВД
KOH
Na2SiO3
K2 SO4
KI
ZnCI2
Hg2(NO3)2
NН4OH
АgNO3
NН4OH
V2,
мл
15
12
7
12
10
12
10
8
16
С2 ,
моль\л
0,010
0,015
0.06
0,01
0,01
0,01
0,02
0,02
0,02
16
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
CdS
РbSO4
ВаF2
Аg2C2
NiS
Mg(OH)2
HgI2
Fe3[Fe(CN)6]2
Вi(OH)3
Аg4[Fе(CH)6]
Аg2SiO3
CdCI2
Рb(NO3)2
NaF
АgNO3
Na2S
NaOH
Hg(NO3)2
FeSO4
NaOH
Ag NO3
Nа2SiO3
11
5
9
11
8
12
5
6
7
10
15
0,01
0,04
0,02
0,01
0,02
0,02
0,05
0,04
0,03
0.02
0,01
H2S
H2SO4
ВаСI2
(NH4)2C2O4
NiSO4
MgCI2
KI
K3[Fe(CN)6]2
Вi(NO3)3
К4[Fe(CN)6]
Ag NO3
5
6
8
5
10
5
10
12
9
6
7
0,02
0,03
0,02
0,03
0,01
0,03
0,03
0,02
0,01
0,03
0,03
51. Определите диаметр частиц аэрозоля, используя результат исследования методом поточной ультрамикроскопии: в объеме 2,210-2 мм3 подсчитано 87 частиц
аэрозоля (дыма мартеновской печи). Концентрация аэрозоля 110-4 кг/м3, плотность дисперсной фазы 2 г/см3, форма частиц сферическая.
52. Удельная поверхность сферических частиц гидрозоля кремнезема составляет:
1,1104 м2. Плотность кремнезема 2,7 г/см3, вязкость дисперсионной среды
1103 Пас, температура 293 К. Определите проекцию среднего сдвига частиц золя
за время 4 с.
53. По данным Сведберга коэффициент диффузии коллоидных частиц золота в
воде при 298 К равен 2,710-7м2/сут. Определите дисперсность частиц гидрозоля
золота. Вязкость воды при 298 К равна 8,8410-4 Пас.
54. Определите частичную концентрацию золя Al2O3, исходя из следующих данных: массовая концентрация 0,3 г/л, коэффициент диффузии сферических частиц
золя 210-6 м2/сут, плотность Al2O3 4 г/см3, вязкость среды 110-3 Паc, температура
293 К.
55. Используя закономерности светорассеяния в соответствии с теорией Рэлея и
ослабление светового потока в соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера,
рассчитайте радиус частиц дивинилстирольного латекса, если концентрация латекса 0,2 г/л, длина волны падающего света  равна 400 нм, оптическая плотность
А равна 0,347 в кювете длиной 5,01 см. Показатель преломления воды равен
1,333, плотность и показатель преломления дисперсной фазы равны 0,945 г/см 3 и
1, 653.
56. Удельная поверхность сферических частиц гидрозоля диоксида кремния составляет: 2,1105м2/кг, плотность диоксида кремния 2,7 г/см3, вязкость дисперсионной среды 110-3 Паc, температура 293 К. Определите проекцию среднего сдвига частиц золя за время 6 с.
17
57. Определите радиус частиц суспензии гуммигута в воде, если среднеквадратич
ный сдвиг  равен 7,09 мкм за время 30 с, температура опыта 290 К, вязкость
среды 1,110-3 Пас.
58. Рассчитайте, за какое время сферические частицы Al2O3, распределенные в
среде с вязкостью 1,510-3 Пас, оседают на высоту 1 см, если удельная поверхность частиц составляет 104 м-1. Плотности дисперсной фазы и дисперсионной
среды равны соответственно 4 и 1 г/см3.
59. Определите радиус частиц суспензии коалина в воде, если среднеквадратич
ный сдвиг  равен 12 мкм за время 120 с. Температура опыта 293 К, вязкость среды 1,110-3 Пас.
60. Рассчитайте электрофоретическую скорость передвижения частиц золя трисульфида мышьяка по следующим данным: электрокинетический потенциал частиц – 42,3 мВ, расстояние между электродами 0,4 м, внешняя разность потенциалов 149 В, вязкость среды 1 10-3 Па с, относительная диэлектрическая проницаемость 80,1.
61. Рассчитайте электрокинетический потенциал поверхности частиц бентонитовой глины по результатам электрофореза при следующих условиях: расстояние
между электродами 25 см, напряжение 100 В, за 15 мин частицы перемещаются
на 6 мм к аноду, относительная диэлектрическая проницаемость среды 78,2 при
298 К, вязкость 8,84 10-4 Па с.
62. Рассчитайте электрокинетический потенциал поверхности кварца по данным
полученным при исследовании электроосмотического переноса жидкости через
кварцевую мембрану: сила тока 210-3 А, объемная скорость раствора KCl, переносимого через мембрану, 0,02 мл/с, удельная электрическая проводимость раствора 1,210-2 Смм-1, вязкость раствора 110-3 Пас, относительная диэлектрическая проницаемость 80,1.
63. Рассчитайте электрокинетический потенциал частиц кварцевого стекла, если
скорость передвижения этих частиц в водном растворе NaCl равна 2,2 мкм/с при
постоянной напряженности электрического поля 100 В/м. Вязкость раствора
1,1410-3 Пас, относительная диэлектрическая проницаемость 82, температура 288
К.
64. Рассчитайте электрокинетический потенциал частиц корунда в водном растворе KCl по следующим данным: скорость электроосмоса через корундовую
мем- брану 0,02 мл/с , удельная электрическая проводимость раствора 1,210-2
18
-1
-3
-2
Смм , вязкость раствора 110 Пас, сила тока при осмосе 1,510 А, относительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1.
65. Рассчитайте электрокинетический потенциал частиц золя Fe(OH)3 по данным
электрофореза: разность потенциалов 170 В, расстояние между электродами 0,45
м, смещение границы золя к катоду составило 12 мм за 30 мин. При температуре
опыта, равной 298 К, вязкость дисперсионной (водной) среды 8,9410-4 Пас и относительная диэлектрическая проницаемость среды 78,2.
66. Рассчитайте электрофоретическую скорость частиц глины, если электрокинетический потенциал частиц 48,8 мВ, разность потенциалов между электродами
равна 220 В, а расстояние между ними 44 см, вязкость среды 1 10-3 Пас и от- носительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1.
67. Рассчитайте напряженность электрического поля (градиент потенциала), если
электрокинетический потенциал частиц золя гидроксида железа равен 52,5 мВ,
электрофоретическая скорость частиц 3,7410-4 см/с, вязкость среды
1,00510-3 Пас, а относительная диэлектрическая проницаемость 80,1.
68. Определите электрокинетический потенциал на границе раздела фаз керамический фильтр-водный раствор KCl, если при протекании раствора скорость
электроосмоса 0,03 мл/с, удельная электрическая проводимость среды 1,310-2
Смм-1, сила тока при осмосе 210-2 А, вязкость среды 110-3 Пас, относительная
диэлектрическая проницаемость 80,1.
69. Рассчитайте величину электрокинетического потенциала на границе кварцевое
стекло – водный раствор KCl. Процесс электроосмоса характеризовался следующими данными: сила тока 410-4 А, время перемещения 110-8 м3 раствора составило 12,4 с, удельная электрическая проводимость среды 1,810-2 Смм-1, вязкость
среды 110-3 Пас, относительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1.
70. Рассчитайте скорость электрофореза коллоидных частиц берлинской лазури в
воде, если электрокинетический потенциал составляет 58 мВ, напряженность
электрического поля 510-2 В/м, вязкость среды 110-3 Пас, относительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1.
71. Перед подачей речной воды в цеха завода ее осветляют: вводят в нее электролит коагулятор и образовавшийся ил отстаивают в специальных отстойниках.
Рассчитайте, расход Al2(SO4)3 (кг в сутки), если расход воды на предприятии
100000 м3/сут, а порог коагуляции по NaCl равен 288 моль/м3. Считать знак электрических зарядов коллоидных частиц отрицательным.
19
72. Отработанные растворы производства фотоматериалов содержат коллоидное
серебро в виде галогенидов. Рассчитайте расход Al2(SO4)3 в кг на 100 м3 сточных
вод, предполагая, что знак электрических зарядов коллоидных частиц положительный. Пороги коагуляции (в ммоль/дм3) для одновалентных ионов – 142; для
двухвалентных – 2,43; для трехвалентных – 0,068.
73. Рассчитайте расход 26 % раствора Al2(SO4)3 в м3 ( = 1300 кг/м3) на подготовку 1000 м3 сточных вод к очистке от коллоидных частиц, если знак их электрических зарядов отрицательный. Порог коагуляции рассматриваемого золя по отношению к NaCl равен 235 моль/м3.
74. Производственные сточные воды содержат коллоидное серебро в виде галогенидов. Рассчитайте расход Al2(SO4)3 на очистку 500 м3 сточных вод, предполагая, что знак электрических зарядов коллоидных частиц отрицательный. Поро-ги
коагуляции (в моль/м3) для одновалентных ионов 142; для двухвалентных – 2,43;
для трехвалентных – 0,068.
75. Речная вода содержит коллоидные частицы органических примесей. Для использования ее в целях завода предварительно проводят коагуляцию, а затем отстаивают в специальных отстойниках для удаления ила. Рассчитайте расход NaCl
(кг в сутки), если расход воды на предприятии 300000 м3/сут, а порог коагуляции
по NaCl – 52 моль/м3.
76. Для коагуляции 1010-6 м3 золя AgI с отрицательным зарядом частиц требуется
0,4510-6 м3 раствора Ba(NO3)2. Концентрация электролита равна 0,05 кмоль/м3.
Найдите порог коагуляции золя под действием Ba(NO3)2.
77. Для осветления речной воды перед подачей ее в цеха завода используют специальные электролиты коагуляторы. Рассчитайте расход Na2SO4 и NaCl кг в сутки
для каждого электролита отдельно), если расход воды на заводе составляет
250000 м2/сут, а порог коагуляции по NaCl-52 моль/м3, а по Na2SO4 – 0,68
моль/м3. Укажите знак электрических зарядов взвешенных частиц в речной воде.
78. Рассчитайте, какой объем (см3) раствора электролита 0,01 М K2Cr2O7 нужно
добавить к 10 л золя гидроксида алюминия, чтобы вызвать его коагуляцию. Порог
коагуляции по данному электролиту – 0,63 ммоль/л.
79. Сточные воды производства фотоматериалов содержат коллоидное серебро в
виде иодида серебра. Рассчитайте расход Al2(SO4)3 (кг) на очистку 1000 м3 сточных вод, предполагая, что знак электрических зарядов коллоидных частиц положительный. Пороги коагуляции (в моль/м3) для одновалентных ионов − 140; для
двухвалентных – 1,98; для трехвалентных – 0,052.
80. В три колбы налито 50 см3 золя Fe(OH)3, чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в первую колбу 5,30 см3 1 М KCl, в другую 31,5 см3
20
0,01 М Na2SO4, в третью – 18,7 см 0,01 М Na3PO4. Вычислите пороги коагу- ляции каждого электролита и определите знак заряда частиц золя.
3
81. Рассчитайте, какой объем (м3) раствора 0,01 М Al2(SO4)3 требуется для коагукоагуляции 10 м3 золя As2S3. Порог коагуляции равен 9610-6 кмоль/м3.
82. Для очистки сточных вод от коллоидного серебра в виде иодидов используют
хлорид железа (II). Рассчитайте расход на 500 м3 сточных вод, предполагая, что
знак электрических зарядов коллоидных частиц отрицательный. Пороги коагуляции (в моль/м3) для одновалентных ионов – 120; для двухвалентных – 1,92; для
трехвалентных – 0,052.
83. К 5 см3 золя Fe(OH)3 для начала явной коагуляции необходимо добавить один
из следующих растворов: 4 см3 1М KCl, 0,5 см3 0,01М K2SO4, 3,9 см3 0,0005 М
K4[Fe(CN)6]. Вычислите пороги коагуляции для этих электролитов. Определите,
во сколько раз коагулирующая способность K4[Fe(CN)6] выше, чем у K2SO4 и KCl.
84. Для очистки природной воды, используемой в гальваническом производстве, в
нее вводят электролит коагулятор и образовавшийся ил отстаивают в специальных отстойниках. Рассчитайте расход Al2(SO4)3 и NaCl (каждого в отдельнос- ти),
если расход воды на предприятии составляет 200 000 м3/сут, а пороги коагуляции
равны: по NaCl – 52 моль/м3, по Al2(SO4)3 – 0,23 моль/м3. Укажите знак электрических зарядов взвешенных частиц в природной воде.
85. Сточная вода содержит коллоидные частицы Al2S3. Порог коагуляции этого
золя по NaCl равен 50,4 моль/м3. Рассчитайте объем 30 % раствора CaCl 2
( = 1280 кг/м3), необходимый, чтобы вызвать коагуляцию в 100 м3 указанного
золя, если знак коллоидных частиц положительный.
86. Рассчитайте расход 26 % раствора Al2(SO4)3 в м3 ( = 1300 кг/м3) на подготовку 1000 м3 сточных вод, если знак электрических зарядов коллоидных частиц положительный. Пороги коагуляции для одновалентных ионов − 127 моль/м3, для
двухвалентных – 1,85 моль/м3, для трехвалентных – 0,042 моль/м3.
87. В пробе сточных вод объемом 5,010-2 м3 после добавления к ней 2,310-3 м3
26 %-ного раствора NaCl ( = 1200 кг/м3) появляются хлопья. Определите порог
коагуляции рассматриваемого золя по отношению к NaCl.
88. Для осветления технической воды в нее вводят электролит-коагулятор и образовавшийся ил отстаивают в специальных отстойниках. Рассчитайте расход
Al2(SO4)3 и FeSO4 (кг в сутки), если знак коллоидных частиц отрицательный, отработанная техническая вода составляет 250000 м3/сут, порог коагуляции для
двухвалентных ионов равен 0,68 моль/м3, для трехвалентных – 0,012 моль/м3.
21
89. В сточных водах содержится золь гидроксида алюминия. Рассчитайте порог
коагуляции этого золя по NH4Cl, если на коагуляцию частиц из 30 м3 этого золя
расходуется 0,33 м3 20 %-ного раствора NH4Cl ( = 1060 кг/м3).
90. Рассчитайте расход 30 %-ного раствора Al2(SO4)3 в м3 ( = 1320 кг/м3) на подго- товку 10000 м3 сточных вод, если знак заряда коллоидных частиц,содержащих- ся в этих сточных водах, является отрицательным. Пороги коагуляции для одновалентных ионов -135 моль/м3, для двухвалентных – 1,89
моль/м3, для трехвалентных – 0,038 моль/м3.
91. Правило Фаянса-Панета. Какой ион в соответствии с этим правилом будет
лучше адсорбироваться на известняке из природной воды, содержащей NаСI,
MgCI2, СaCI2?
92. Какие явления называются поверхностными? Приведите классификацию поверхностных явлений.
93. Дайте определение полной свободной поверхностной энергии. Как ее рассчитывают? Предложите пути ее снижения .
94. Что понимают под поверхностным натяжением? Какие факторы и как влияют
на его величину?
95. Как влияет концентрация раствора на его поверхностное натяжение? Приведите классификацию растворенных веществ по их влиянию на  (раствора).
96. Почему адсорбционные слои поверхностно-активных веществ (ПАВ) называют ориентированными? Охарактеризуйте процессы гидрофилизации и гидрофобизации поверхности.
97. Оцените состояние ПАВ в растворе. Какую концентрацию раствора ПАВ
называют критической концентрацией мицеллообразования (ККМ)? Каково строение мицелл ПАВ?
98. Каковы особенности ионообменной адсорбции? Напишите уравнение процессов устранения кальциевой жесткости методом ионообменной адсорбции и
последующей регенерации ионита.
99. Какие процессы называются адгезией?
Перечислите основные виды агдезии. Какова роль агдезии в процессах прилипания, склеивания, смачивания?
100.Что называется смачиванием? Какие величины характеризуют смачивание?
Перечислите типы твердых поверхностей по их способности смачиваться жидкостью и укажите величины краевых углов смачивания.
22
101. Какой процесс называют флотацией? Перечислите условия флотации.
Назовите области использования флотации.
102. Что понимают под поверхностной активностью ПАВ? Оцените поверхностную активность С8H17COOH и C6H13COOH на основе правила Дюкло-Траубе.
Можно ли рассчитать адсорбцию этих веществ по уравнению Гиббса?
103. Что называется солюбилизацией растворов ПАВ? Почему нефтепродукты, по
падающие в природный водоем, концентрируются как на поверхности, так и в
объеме воды?
104. Дайте определение сорбции. Приведите классификацию сорбционных процессов.
105.Дайте определение адсорбции. Приведите классификацию адсорбционных
процессов. Можно ли адсорбцию назвать поверхностным явлением?
106. Назовите основные теории адсорбции; приведите соответствующии им
уравнения и типы изотерм адсорбции.
107. Как влияет природа адсорбата и адсорбента на величину адсорбции? На основании правила уравнения полярностей Ребиндера определите, на каком адсорбенте: активированном угле или силикагеле, будет лучше адсорбироваться
С8H7OH из водного раствора?
108. Какие адсорбенты называют ионитами?
Дайте классификацию ионитов. Какие ионы: Fe3+ или Са2+, будут лучше адсорбироваться на катионите?
109.Каков механизм ионообменной адсорбции? Напишите уравнения реакций
ионного обмена, протекающие при обессоливании воды, содержащей MgSO4.
110.Напишите уравнения процессов обессоливания воды, содержащей CaCI2,
методом ионообменной адсорбции (ионного обмена).
Варианты 111-130. Дана система, состоящая из парообразного вещества и
твердого пористого адсорбента, при температуре Т.
1. Постройте изотермы адсорбции и десорбции.
2. Определите тип сорбции, возможность гистерезиса адсорбции и капиллярной конденсации.
3. Рассчитайте пористость адсорбента по ветви десорбции, в случае ее отсутствия – ветви адсорбции.
23
4. Рассчитайте радиусы пор по уравнению Томсона-Кельвина и постройте интегральную и дифференциальную кривые распределения пор адсорбента по
радиусам.
5. Определите тип адсорбента по величинам радиусов пор.
Таблица 2.
Задания к вариантам 111-130
Вари
риант
111
ТК
Адсорбент
Адсорбат
293
Уголь
H2O
Р\Рs
-
112
293
Уголь
Бензол
С6H6
-
113
293
Уголь
Н2O
-
114
293
Уголь
CH3OH
115
293
Уголь
CH3OH
Р 10-2
Па
А, моль\кг
Адсорция Десорбция
5,32
10,0
11,3
12,5
14,7
17,3
20,0
23,3
19,8
29,9
39,8
59,6
79,7
89,4
99,2
0,5
2,3
4,0
5,0
10,0
16,0
20,0
28,5
4,5
5,4
6,5
10,2
14,4
17,0
20,0
0,5
2,5
5,0
7,5
15,2
23,0
27,6
28,5
4,5
6,0
9,0
13,9
17,5
19,0
20,0
4,65
9,3
14,0
18,7
20,9
23,3
64,0
76,8
90,0
102,5
114,5
128,0
12,8
25,6
38,4
52,2
64,0
0,5
1,5
8,5
20,0
24,0
28,5
24,0
28,3
31,0
36,0
46,0
55,0
7,5
8,0
8,3
8,6
9,4
0,5
1,5
13,5
27,0
28,0
28,5
24,0
30,0
37,5
44,0
50,0
55,0
7,5
8,3
9,0
9,6
10,2
24
116
293
Уголь
H2O
117
293
Уголь
CH3OH
-
118
293
Уголь
H2O
-
119
293
Монтмориллонит
Н2O
-
120
353
Цеолит
H2O
121
298
Цеолит
C2H6
76,8
90,0
102,0
0,1
0,2
0,4
0,6
0,8
0,9
1,0
16,0
32,0
64,0
79,0
96,0
110,0
128,0
2,93
5,56
11,7
17,5
20,2
23,4
2,34
4,68
7,03
9,35
11,7
14,0
16,4
21,0
23,0
1,33
2,66
5,32
6,65
9,30
13,30
17,30
50,0
100,0
150,0
200,0
300,0
10,2
11,4
13,0
6,5
9,0
11,5
14,0
22,5
26,5
30,0
2,5
3,5
4,8
6,3
13,0
19,0
22,5
1,0
1,4
1,7
2,3
3,0
5,0
4,0
6,0
7,3
8,3
9,0
9,5
10,0
12,6
17,0
7,0
7,7
8,34
8,63
8,90
9,12
9,33
2,0
2,37
2,53
2,63
2,77
11,0
11,7
13,0
7,0
10,3
13,5
16,5
25,0
27,6
30,0
2,5
3,5
4,8
6,5
17,5
20,2
22,5
1,0
1,5
2,0
2,6
3,5
5,0
4,0
6,0
7,3
8,3
9,0
11,0
11,6
14,0
17,0
-
25
122
123
293
293
Уголь
Силикагель
CH3CI
CH3OH
-
124
323
Уголь
C6H6
-
125
293
Уголь
H2O
126
293
Уголь
H2O
127
293
Пшеничный глеадин
H2O
0,1
0,2
0,4
0,6
0,8
0,9
1,0
0,1
0,2
0.3
0,5
0,7
0,9
1,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
500,0
0,0013
0,0051
0,0130
0,033
0,167
0,373
0,956
3,198
16,0
32,0
64,0
79,0
96,0
110,0
128,0
0,0004
0,0030
0,0187
0,1470
0,495
1,029
2,725
7,214
-
2,87
1,13
1,69
2,25
2,82
3,94
4,50
5,25
5,77
2,5
3,5
4,8
6,3
13,0
19,0
22,5
0,41
0,68
1,36
2,38
3,26
3,80
4,61
5,09
6,5
9,0
11,5
14,0
22,5
26,5
30,0
3,75
5,30
6,20
8,75
10,4
12,5
13,2
1,75
3,22
3,60
4,67
5,55
6,70
6,90
-
2,5
3,5
4,8
6,5
17,5
21,2
22,5
7,0
10,3
13,5
16,5
25,0
27,6
30,0
5,70
7,00
7,90
10,0
11,50
13,00
13,20
2,66
3,78
4,90
6,16
6,95
7,70
26
128
129
130
293
293
293
Силикагель
Сажа
канальная
Сажа
CH3OH
C6H6
CH3OH
0,8
9,18
0,2
0,4
0,6
0,8
0,9
1,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,7
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,8
1,3
1,6
2,2
4,0
38,7
0,4
0,59
0,65
0,70
0,85
1,35
1,75
2,15
2,42
2,66
2,80
3,20
3,50
3,80
-
-
-
8,45
9,22
0,8
1,3
1,7
3,0
37,0
38,7
-
-
Таблица 3.
Некоторые физические свойства адсорбатов
Адсорбат
РS 10-2
Па
23,4
 103
Дж/м2
72,5
Н2О
Т,
К
293
С6H6
293
89,0
99,3
28,9
С6H6
323
92,0
354,8
24,88
СН3ОH
293
40,6
128,0
22,6
С2Н6
298
64,0
37000,0
19,9
СН3СI
64,0
80,7
239,9
27,14
V 10-3
м3\кмоль
18,0
27
Варианты 131 - 150. Для полного обессоливания методом ионообменной
адсорбции V м3 природной или разбавленной сточной воды последовательно пропускают через колонки с m1 кг катионита в Н-форме и с m2 кг анионита в ОНформе. Динамические обменные емкости катионита равны:
А
моль  экв соли
;
кг катионита
В
моль  экв соли
.
кг к анионита
Охарактеризуйте процесс ионообменной адсорбции из воды на ионитах (варианты заданий приведены в табл. 5).
1. Напишите уравнения ионообменных реакций, протекающих на катионите и
анионите с участием ионов каждой соли.
2. Определите, в какой последовательности будут адсорбироваться ионы на
катионите и анионите. Расположив их в ряд по уменьшению адсорбируемости.
3. Пересчитайте концентрацию солей в водном растворе, выраженную в г/л, в
молярную концентрацию эквивалентов (моль экв/л) и определите суммарную концентрацию солей в (моль экв/л).
4. рассчитайте искомые величины х, указанные в варианте задания.
5. Предложите методы регенерации отработанных катионитов и анионитов и
напишите уравнения соответствующих ионообменных реакций.
Таблица 4
Задания к вариантам 131 – 150.
Вариант
m1 ,
кг
m 2,
кг
моль  экв
кг
1
х
2
А,
моль  экв
кг
В,
V,
м3
х
4,2
3,5
100
1
1
4,8
4,0
х
3
х
х
4,0
3,8
50
4
1,5
2
4,3
3,9
х
Солевой состав водного
раствора
Формула
С,
соли
г/л
NaCl
0,025
MgSO4
0,04
Ca(HCO3)2
0,012
FeCl3
0,006
MgCl2
NaCl
MgSO4
Al(NO3)3
MgCl2
H2[ZnCl4]
H2[CoCl4]
Na2SO4
AlCl3
Sn(NO3)2
0,031
0,031
0,023
0,018
0,012
0,021
0,030
0,025
0,020
0,012
28
5
х
х
4,2
4,7
150
6
1
1,5
3,5
3,8
х
7
х
х
4,0
4,2
80
8
2
2,5
4,5
3,8
х
9
х
х
4,0
4,2
120
10
2,0
2,0
3,9
4,0
х
11
х
х
3,5
4,2
65
12
1,5
1,5
3,9
4,1
х
13
х
х
4,2
4,0
110
14
1,0
1,0
4,0
3,8
х
15
х
х
3,5
3,7
130
16
2,5
2,5
4,1
3,9
х
17
х
х
3,7
4,2
90
ZnCl2
Na2SO4
CdCl2
MgCl2
KCl
FeCl3
NaCl
MgCl2
CaSO4
AlCl3
AgNO3
Hg(NO3)2
Pb(NO3)2
Fe(NO3)3
CuSO4
NaCl
MgSO4
Fe2(SO4)3
Pb(NO3)2
AgNO3
Hg(NO3)2
Al(NO3)3
NaCl
MgCl2
MgSO4
AlCl3
SnCl2
CdCl2
FeCl3
NaNO3
KCl
Ni(HCO3)2
MgCl2
Al(NO3)3
NaNO3
MgCl2
Cd(HCO3)2
Hg(NO3)2
CuSO4
MgSO4
NaCl
Fe(NO3)3
KCl
NiSO4
FeCl3
NaNO3
KNO3
MgSO4
AlCl3
Fe(NO3)3
Ca(HCO3)2
MgCl2
0,037
0,025
0,015
0,02
0,03
0,018
0,025
0,03
0,01
0,021
0,041
0,033
0,028
0,011
0,015
0,022
0,013
0,032
0,01
0,04
0,021
0,012
0,022
0,04
0,021
0,018
0,014
0,01
0,021
0,014
0,02
0,012
0,031
0,017
0,04
0,01
0,015
0,002
0,012
0,025
0,015
0,012
0,02
0,015
0,02
0,009
0,03
0,01
0,025
0,009
0,025
0,015
29
18
1,8
1,5
4,3
3,8
х
19
х
х
4,0
3,7
160
20
2,5
2,8
3,5
3,0
х
FeCl3
NaNO3
CrCl3
Mg(NO3)2
NiCl2
KCl
NaCl
Mg(NO3)2
Fe2(SO4)3
CuCl2
Sn(NO3)2
MgSO4
NaCl
Al(NO3)3
0,008
0,011
0,008
0,001
0,01
0,02
0,08
0,012
0,005
0,02
0,011
0,022
0,052
0,018
ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ
Каждый студент выполняет свой вариант контрольных заданий. Вариант задания
выдается каждому студенту индивидуально на кафедре.
Варианты контрольных заданий
Номер варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Номера контрольных заданий
1
2
3
4
5
6
7
14
15
16
20
21
22
26
30
1
2
3
8
9
10
11
12
13
17
18
19
23
24
25
27
29
28
11
12
13
31
32
33
34
35
36
34
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
30
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
4
5
6
7
14
15
16
20
21
22
26
30
1
2
3
4
5
6
7
14
15
16
20
21
22
26
30
3
4
6
7
15
17
18
19
23
24
25
27
29
28
8
9
10
11
12
13
17
18
19
23
24
25
27
29
28
8
9
10
11
12
17
18
23
49
50
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
31
32
33
34
35
36
37
38
39
35
36
38
39
40
69
70
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
56
57
59
60
61
89
90
79
80
89
83
84
85
86
87
88
89
90
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
77
58
80
81
83
109
110
101
102
104
105
106
107
108
109
110
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
98
99
101
103
104
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
129
130
113
114
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
122
124
125
149
150
134
135
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
143
145
146
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
31
Фролов Ю.Г.: Курс коллоидной химии (Поверхностные явления и дисперсные системы).: Учебник – М.: Химия, 1982. - 400 с.
Воюцкий С.С.: Курс коллоидной химии; Учебник – М.: Химия, 1976. – 574
с.
Сеничева Л.В., Яргаева В.А., Янковец Ж.Н.: Поверхностные явления. Адсорбция.: Учебное пособие – Хабаровск, изд. ХГТУ, 1999. – 108 с.
Яргаева В.А., Сеничева Л.В.: Дисперсные системы.: Учебное пособие. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-т, 2003. – 137 с.
Евстратова К.И., Купина Н.Н., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия: Учебник: - М.: ВШ, 1990. – 488 с.
Поверхностно-активные вещества. Под. ред. А.А. Абрамзона, Г.М. Гаевского: Справочник – Л.: Химия, 1979, - 376 с.
Рабинович В.А., Хавин З.Я.: Краткий химический справочник – Л.: Химия,
1994 – 432 с.